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光速与恒星结构:伽利略的实验和观测延迟

时间:2023-10-15 理论教育 版权反馈
【摘要】:伽利略提出了不同意见,他认为光的速度是有限的,是能够测量出光所需的传播时间。当伽利略拿开灯罩后,助手一看到山上的亮光即刻将自己手中的灯罩掀开。现在我们知道,光速以接近3×105千米/秒的速度传播,这意味着伽利略和他的助手在实验中的距离,光可以在5×10-6秒内通过。而伽利略的神经系统要观测这一实验,就有着同样的延迟。

光速与恒星结构:伽利略的实验和观测延迟

何为光的本质?这一问题一直吸引着天文学家们,特别是在文艺复兴时期。一般来说他们分为两派:一派为那些捍卫光速有限理论的人;另一派为那些认为光线是在瞬间从一个位置到达另一个位置的人,对他们而言,光速即是无限的。这一纷争在17世纪末得到解决。

总的来说,在17世纪以前,从没有人真的认为光速是有限的。比如,一个人若是在山谷间大声喊叫,我们会注意到回音需要一小段时间才能传播到我们的耳朵里。或者,在暴风雨来临时,大部分情况下人们会先看到远处的闪电,几秒钟后才听到雷声。然而,人们从未观察到光线有相同的特质。毕竟,在日常生活中,没人会说:“等一下,我觉得这束光线可能延迟一些抵达我的眼睛。”那么,为什么会有人提出质疑呢?

伽利略提出了不同意见,他认为光的速度是有限的,是能够测量出光所需的传播时间。因此,他发明了一个非常简易的家庭自制实验来计算光速。

伽利略和他的助手各自拿着一盏被布罩住的灯,两人分别站在相距1.6千米的山顶上。当伽利略拿开灯罩后,助手一看到山上的亮光即刻将自己手中的灯罩掀开。通过这种方式,伽利略得以“测定”光线到达对面山峰并返回所需的时间。(www.xing528.com)

他从而得出结论“光速若非无限,它亦快得非同一般”,并且至少是声速的10倍。当然,他错得不能更离谱了。

现在我们知道,光速以接近3×105千米/秒的速度传播,这意味着伽利略和他的助手在实验中的距离,光可以在5×10-6秒内通过。作为对比,我们脑中的神经冲动穿过神经的速度是100米/秒。

当助手看到伽利略手中的灯亮起来时,他的视神经要先将这个信息传递给大脑,同时大脑由神经系统向手部发出信号命令其把灯罩掀开。这个过程所费时间是光走完实验中相应路程所花费时间的5万倍。而伽利略的神经系统要观测这一实验,就有着同样的延迟。这样一来,我们就能够理解为什么伽利略的实验不具备任何效力了。不过,这个提出质疑的过程至少让人们对以前认定的某些事情产生了思考。

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